管路更生材料と管路更生工法

【課題】ライニング材に含浸された熱硬化性樹脂の熱伝導性を改善し、熱エネルギーのロスを低減し、熱効率を上げることによって加熱所要時間の短縮を図る事ができる管更生材料とその管更生材料を用いた管更生工法を提供する。
【解決手段】熱硬化性樹脂をフィルムコーティングされたフェルトからなるライニング材６を管路４に反転挿入し、熱硬化性樹脂を加熱硬化させて、管路４をライニングする。ライニング材のフェルトに含浸させる熱硬化性樹脂に、少なくともカーボンナノチューブを含んだフィラーを添加する。フェルトに含浸させた樹脂に少なくともカーボンナノチューブを含むフィラーを添加することで、従来の工法よりもフェルトの熱伝導性を改善し、熱のロスを低減し、樹脂を効率よく加熱して均一に硬化させ、運転時間の短縮を実現することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、老朽した管路を更生するための管路更生材、およびこの管路更生材を用いて管路の内周面にライニングを施して該管路を更生する管路更生工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地中に埋設された下水道管や工業用管路が老朽化した場合に、これらの管路を掘出すことなくその内周面にライニングを施して当該老朽管を補修、補強等する管路更生方法は既に提案され、実用化されている（例えば、特許文献１を参照）。すなわち、この管路更生方法は表面がフィルムコーティングされた柔軟性のあるフェルトに熱硬化性樹脂を含浸させた管状のライニング材を、流体圧によって老朽管内に反転させながら挿入するとともに、老朽管内周面に押圧させる。この状態から管状のライニング材の内部へ温水またはスチームを熱媒体として導入して加熱し、これに含まれる熱硬化性樹脂を硬化させることで、当該老朽管の内周面にライニング材による新たな管路を形成し、管路を更生している。
【特許文献１】特開昭６０−２４２０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、該管更生工法では、使用するライニング材に含浸する熱硬化性樹脂を加熱硬化させるための媒体として、温水やスチームを用いて間接的に加熱を行っているが、熱硬化性樹脂が硬化するまでの間、温水を循環させて維持する必要がある。その為、硬化時間がかかるほど加熱に大きなエネルギーを消費するという問題点があった。
【０００４】
樹脂製の管路更生材料はもともと熱伝導率が小さく、加熱に時間が掛かり熱ロスが多いが、このエネルギーロスを防ぐ為、更生材料の伝熱性を改善する方法は実施されていない。また、従来の工法において管路更生材料の物性を改善する為に、無機材料のフィラーを添加した例はある。しかし、物性改善のために添加したフィラーの水酸化アルミニウムがあるが、これの目的は粘度の制御、急反応による樹脂の硬化不良を抑制するためであり、伝熱対策ではない。現実に、水酸化アルミニウムを添加しても熱伝導率は０．２５Ｗ／ｍ・Ｋ程度までしか向上しない。
【０００５】
本発明の課題は、上記問題を解決し、ライニング材に含浸された熱硬化性樹脂の熱伝導性を改善し、熱エネルギーのロスを低減し、熱効率を上げることによって加熱所要時間の短縮を図る事ができる管路更生材料とその管路更生材料を用いた管路更生工法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、管路更生工法に使用するライニング材へ含浸する熱硬化性樹脂に少なくともカーボンナノチューブを含む１種以上の炭素材料を添加して、該ライニング材を流体圧によって老朽管内に反転させながら挿入するとともに老朽管内周面に押圧させる。この状態から管状のライニング材の内部へ温水またはスチームを媒体として導入して加熱し、これに含まれる熱硬化性樹脂を硬化させることで、当該老朽管の内周面にライニング材による新たな管路を形成し管路を更生する。本発明により、該ライニング材に含浸された熱硬化性樹脂の熱伝導性が改善される。
【０００７】
本発明は、熱硬化性樹脂を含浸したフェルトの熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上となる管路更生材料であり、これを用いた管路更生工法である。従来の熱伝導率０．２Ｗ／ｍ・Ｋより熱伝導率が大きく改善され、加熱所要時間の短縮および均一的なライニング材の加熱ができるようになった。
【０００８】
また、本発明は、管路更生材料の熱伝導率を改善させる為に、熱硬化性樹脂に少なくともカーボンナノチューブまたはカーボンナノチューブ等を含んだ炭素材料をフィラーとして添加することで、該ライニング材の熱伝導率を改善したことを特徴とする。
【０００９】
本発明に使用するカーボンナノチューブは炭素原子からなるグラファイトシートを円筒状に丸め同心円状に多数積層した繊維状の多層カーボンナノチューブである。その繊維径はナノメートルオーダーと非常に小さいのに対し、繊維長さ（軸方向の長さ）はマイクロメートルオーダーにまで達するため、アスペクト比（繊維長さ／繊維径の比）が非常に高い。このように繊維径が細く、高アスペクト比を有するため、かさ密度が高く、立体構造をとり易く、フィラー効果を発揮して高い熱伝導性を達成できる。使用するカーボンナノチューブはＣＶＤ法で得られ、径の長さやばらつきがあり、また、分岐した形状のものや、一部に粒子状の炭素も含まれる。しかし、熱伝導率向上の効果は洗浄部分で発揮されるので、効果には影響しない。得られたカーボンナノチューブは１２００℃以上の温度で熱処理された後、解砕される。熱処理温度は出来るだけ高い温度で処理したほうが熱伝導率が高いので、好ましくは２５００℃以上が良く、フィラー効果が高い。添加するフィラーはカーボンナノチューブ単独でも、また、カーボンナノチューブと他の炭素材料や、無機材料、金属粉末等のフィラーを複数混合して使うこともできる。混合して使用可能な炭素材料としてはカーボンナノコイル、カーボンブラック、黒鉛粉末、炭素繊維等がある。
【００１０】
使用するカーボンナノチューブをはじめとする炭素材料は電気・熱の高伝導性、耐薬品性に優れ、軽量で取り扱いやすいので、熱硬化性樹脂にも付与するフィラーとして添加される。
【００１１】
本発明は、熱硬化性樹脂に添加するカーボンナノチューブを含むフィラーの含有量は０．５ｗｔ％以上、３０ｗｔ％以下であることを特徴とする。さらに、熱伝導率を改善するために添加するカーボンナノチューブの量は少なくとも０．５ｗｔ％以上が好ましい。熱硬化性樹脂に添加するカーボンナノチューブを含むフィラーの含有量が０．５ｗｔ％よりも少なくなると求める熱伝導性を得る事ができない。また、３０ｗｔ％を超える添加量ではコストが非常にかかる上、流動性が低下し、強度も低下するため含浸工程に適さない。
【００１２】
また、本発明は、熱硬化性樹脂に添加するカーボンナノチューブのアスペクト比が少なくとも１０以上、好ましくは１００以上であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、熱硬化性樹脂に添加するカーボンナノチューブの繊維径が２０ｎｍ以上、好ましくは５０ｎｍ以上であることを特徴とする。繊維径が２０ｎｍより細いと繊維の強度が弱くなり、混合中に絡みあってフロック状になって機能を発揮しづらくなる。また、ここで述べる径は分布を持つので、平均径によって示すものとする。
【００１４】
更に、本発明は、前記熱硬化性樹脂に添加するカーボンナノチューブの繊維長さが少なくとも２００ｎｍ以上、好ましくは５００ｎｍ以上であることを特徴とする。カーボンナノチューブの繊維長さは長いほうが伝熱距離を確保できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、フェルトに含浸させた樹脂に少なくともカーボンナノチューブを含むフィラーを添加することで、従来の工法よりもフェルトの熱伝導性を改善し、熱のロスを低減し、樹脂を効率よく加熱して均一に硬化させ、運転時間の短縮を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。しかし、以下に示す実施例は本発明を説明するために提供されるものであり、多様な他の形に変形でき、本発明の範囲が後述する実施例によって限定されるものと解釈されてはならない。また、図面における要素の形状などは明確な説明を強調するものであり、本発明の要素の仕様、寸法を限定されるものと解釈されてはならない。
【００１７】
図１は本発明に係る管路更生材料ないし工法に使用する熱硬化性樹脂へ添加するフィラーの方法について説明したものである。容器１に液状の熱硬化性樹脂２、例えば不飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ樹脂等を投入し、次に水酸化アルミニウム、シリカ、タルク、炭化カルシウム等のいずれからなる充填剤、熱分解してラジカルを生成する硬化剤、そして少なくともカーボンナノチューブを含んだフィラー等添加剤を容器１内へ投入し、プロペラ３で攪拌をおこなう。攪拌の形態は密閉系でも開放系でも特に問題は無く、また、プロペラの形状、回転速度、投入順序、攪拌時間についてはそれぞれの配合材料や組成によって異なるので材料にとって最適な条件でおこなう。
【００１８】
図２は前記熱硬化性樹脂がフェルトに含浸されて構成されるライニング材を示したものである。ライニング材の外周面は気密性、水密性、電気絶縁性の高いウレタン、ポリエチレン等のフィルム４からなり、ポリエステル製フェルト５をコーティングしている。該フェルト５に該熱硬化性樹脂が含浸されている。
【００１９】
次に、図３は上記に示した工程により作製したライニング材６をコンプレッサ１０等を用いて流体圧によって老朽管内７に反転させながら挿入するとともに、老朽管内周面に押圧させ、この状態からライニング材の内部へ温水またはスチームを媒体としてホース８から導入して加熱し、ライニング材６に含浸された熱硬化性樹脂を硬化させる。これらの工程は熱伝導率を向上させた該樹脂を用いることによって従来の樹脂を用いた場合よりも熱のロスが少なく、効率良く樹脂を加熱して硬化を促し、運転時間を短縮させることができる。
【００２０】
図４に本発明で使用するカーボンナノチューブの顕微鏡写真を示す。カーボンナノチューブの製造方法は、炭化水素を原料としたＣＶＤ法により合成したものであり、これらの条件を調節することでその繊維径や長さを制御することができる。尚、ここで説明している繊維径、繊維長さ、アスペクト比は代表的な数値で示したものである。
【００２１】
以下に本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１に示す容器１に、不飽和ポリエステル樹脂２を８００ｇ投入し、次にカーボンナノチューブを該樹脂の３ｗｔ％を添加し、プロペラ３を用いて回転数５００ｒｐｍ、時間１５ｍｉｎで攪拌した。更に硬化剤ｔ−Ｂｕｔｙｌｐｅｒｏｘｙ２−ｅｔｈｙｌｈｅｘａｎｏａｔｅ８．８ｇ、Ｂｉｓ（４−ｔ−ｂｕｔｙｌｃｙｃｌｏｈｅｘｙｌ）ｐｅｒｏｘｙｄｉｃａｒｂｏｎａｔｅ４．４ｇを投入し、回転数５００ｒｐｍ、時間１５ｍｉｎで攪拌した。
【００２３】
次に、前記作製した樹脂をフェルトに含浸する作業を図５に基づいて説明する。ポリエチレンからなる管状のチューブ１５の内部に平面状のポリエステル製のフェルト５を挿入して、矢印の方向から樹脂２を導入して密閉し、真空ポンプ１６を用いて真空状態にしてフェルト５へ樹脂２を含浸した。
【００２４】
次に、図６では鉄板１７で上記含浸したフェルトを挟みこみ、ボルト１８で厚みを１２ｍｍに固定し、６０℃の温水槽に浸して６０〜９０ｍｉｎ加熱硬化させた。
【００２５】
硬化させたフェルトを幅１５０ｍｍ×１７０ｍｍに切り出し、板状のサンプルを製作し、熱伝導率を測定した。測定した結果、得られた熱伝導率は表１に示されるように０．５４Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００２６】
【表１】

【実施例２】
【００２７】
実施例１と同じく、添加するカーボンナノチューブの量を５ｗｔ％にしてサンプルを作製し、熱伝導率を測定した結果、得られた熱伝導率は表１に示されるように０．７５Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【実施例３】
【００２８】
上記実施例と同様にして、不飽和ポリエステル樹脂１０．５ｋｇにカーボンナノチューブを５ｗｔ％添加して攪拌し、更に硬化剤ｔ−Ｂｕｔｙｌｐｅｒｏｘｙ２−ｅｔｈｙｌｈｅｘａｎｏａｔｅ１１５．５ｇ、Ｂｉｓ（４−ｔ−ｂｕｔｙｌｃｙｃｌｏｈｅｘｙｌ）ｐｅｒｏｘｙｄｉｃａｒｂｏｎａｔｅ５７．８ｇ等を投入して攪拌し、樹脂を作製した。
【００２９】
次に表面がフィルムコーティングされた柔軟性のあるフェルトを管状にしてなるライニング材φ２５０ｍｍ、長さ３ｍに、前記製作した樹脂を含浸し、図３に示した構成で硬化実験を行った。すなわち、老朽管７にライニング材６をコンプレッサ１０を用いて圧力０．０４ＭＰａで反転させながら挿入するとともに老朽管７内周面に圧力０．０６ＭＰａで押圧させ、この状態からライニング材６の内部へ温水を媒体としてホース８から導入して加熱し、硬化させた。硬化スケジュールは６０℃４５ｍｉｎ、８５℃４５ｍｉｎとした。結果として従来よりも硬化時間を短縮できたことが確認できた。
【比較例】
【００３０】
次に比較例として、４種類のフィラーを用いてそれぞれの熱硬化性樹脂の熱伝導率を実施例と同様の工程でおこなった。それら熱伝導率については表１（比較例１、比較例２、比較例３、比較例４）に示す。
【００３１】
表１によれば、カーボンナノチューブを添加することによって熱伝導率が向上することが明らかであり、従来の熱伝導率の２倍から３倍の改善が確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に関わる管路更生工法に使用する熱硬化性樹脂へのフィラーの添加方法を説明する説明図である。
【図２】本発明に関わる管路更生工法に使用するライニング材の構成を示した説明図である。
【図３】本発明に関わる管路更生工法において、更生対象となる管路の更生の例を示した説明図である。
【図４】本発明に関わる管更生材料において使用するカーボンナノチューブの顕微鏡写真図である。
【図５】本発明に関わる管路更生材料において、熱伝導率を測定するサンプルを作製する過程で、フェルトに樹脂を含浸する方法について示した説明図である。
【図６】本発明に関わる管路更生材料において、熱伝導率を測定するサンプルを作製する過程で、フェルトに含浸した樹脂を硬化させる方法について示した説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１攪拌用容器
２熱硬化性樹脂
３攪拌用プロペラ
４フィルム
５フェルト
６ライニング材（熱硬化性樹脂が含浸されたフェルト）
７老朽管
８シャワーホース
９温度記録計
１０コンプレッサ
１１圧力計
１２水槽
１３ロータリーポンプ
１４ボイラー（温水加熱用）
１５ポリエチレンチューブ
１６真空ポンプ
１７鉄板
１８ボルト・ナット

【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面がフィルムコーティングされた柔軟性のあるフェルトに熱硬化性樹脂を含浸してなる管状ライニング材を管路に挿入して加熱し、熱硬化性樹脂を硬化させることで、管路内周面に管状ライニング材によって更生された管路を形成するための管路更生材料であって、前記熱硬化性樹脂を含浸したフェルトの熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする管路更生材料。
【請求項２】
フェルトに含浸させる熱硬化性樹脂の熱伝導性を向上させる為に、少なくともカーボンナノチューブまたはカーボンナノチューブを含んだ炭素材料をフィラーとして添加させることを特徴とする請求項１に記載の管路更生材料。
【請求項３】
前記熱硬化性樹脂に添加するカーボンナノチューブを含むフィラーの含有量が０．５から３０ｗｔ％であることを特徴とする請求項２に記載の管路更生材料。
【請求項４】
前記熱硬化性樹脂へ添加するカーボンナノチューブのアスペクト比が少なくとも１０以上、好ましくは１００以上であることを特徴とする請求項２又は３に記載の管路更生材料。
【請求項５】
前記熱硬化性樹脂に添加するカーボンナノチューブの繊維径が２０ｎｍ以上、好ましくは５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の管路更生材料。
【請求項６】
前記熱硬化性樹脂へ添加するカーボンナノチューブの繊維長さが少なくとも２００ｎｍ以上、好ましくは５００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の管路更生材料。
【請求項７】
表面がフィルムコーティングされた柔軟性のあるフェルトに熱硬化性樹脂を含浸してなる管状ライニング材を管路に挿入して加熱し、熱硬化性樹脂を硬化させることで、管路内周面に管状ライニング材によって更生された管路を形成し、管路を更生するための管路更生工法であって、前記熱硬化性樹脂を含浸したフェルトの熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする管路更生工法。
【請求項８】
フェルトに含浸させる熱硬化性樹脂の熱伝導性を向上させる為に、少なくともカーボンナノチューブまたはカーボンナノチューブを含んだ炭素材料をフィラーとして添加することを特徴とする請求項７に記載の管路更生工法。
【請求項９】
前記熱硬化性樹脂に添加するカーボンナノチューブを含むフィラーの含有量が０．５から３０ｗｔ％であることを特徴とする請求項８に記載の管路更生工法。
【請求項１０】
前記熱硬化性樹脂へ添加するカーボンナノチューブのアスペクト比が少なくとも１０以上、好ましくは１００以上であることを特徴とする請求項８又は９に記載の管路更生工法。
【請求項１１】
前記熱硬化性樹脂に添加するカーボンナノチューブの繊維径が２０ｎｍ以上、好ましくは５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の管路更生工法。
【請求項１２】
前記熱硬化性樹脂へ添加するカーボンナノチューブの繊維長さが少なくとも２００ｎｍ以上、好ましくは５００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載の管路更生工法。

【図１】